【正文】 第 8章 典型電力電子裝置介紹 謝謝觀看 /歡迎下載 BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH 。 很顯然 ， 如果電容 C是一個蓄電池 ，像 UPS那樣 ， 那么負(fù)載變化時 ， 快速響應(yīng)由電池和級聯(lián)的 DC/AC變換解決 ， 而前面的 APFC保證電流波形的跟隨 ， 這樣就可獲得功率因數(shù)高 、 動態(tài)響應(yīng)好的輸出結(jié)果 。 這種影響會因電路方式的不同而有差異 ， 但如果合理設(shè)計輸出濾波電容 C，就可得到適當(dāng)補(bǔ)償 。 因此 ， 凡是本身的工作會產(chǎn)生非線性 ， 引起電網(wǎng)電壓 、 電流畸變的電力電子裝置 ， 如果增加功率因數(shù)校正部分 ， 對電網(wǎng)帶來的效益是明顯的 ， 但對于用電器本身則會增大體積 ， 提高成本 。 交流電網(wǎng)電壓在一個很大的范圍內(nèi)變化 ， 通過功率因數(shù)校正后的直流電壓都為一穩(wěn)壓的電壓源 ， 隨后再經(jīng)過變換滿足各種不同應(yīng)用的要求 。 而峰值電流控制沒有這一缺點 ， 只要檢測電感電流下降時的變化率 ， 當(dāng)電流過零時就允許開關(guān)開通 ， 而電流的峰值用一個限流電阻檢測就能達(dá)到目的 ， 這樣既便宜又可靠 ， 在小功率范圍內(nèi)推廣應(yīng)用是很適合的 。 第 8章 典型電力電子裝置介紹 在相同的輸出功率下 ， 峰值電流控制的開關(guān)管電流容量要大一倍 。 從圖 830(b)的波形可知 ， 這種方式可以控制電感電流 iLI*s曲線上 ， 由高頻折線來逼近正弦曲線 ， 這就是電流滯環(huán)控制 ， I*s反映的是電流的平均值 ， 因此這種電流連續(xù)的控制方式又叫平均值控制方式 。 電感電流 iL的峰值包絡(luò)線就是 I*s 。 dtdiLu Li 1? 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 830 APFC (a) 峰值電流控制方式； (b) 平均電流控制方式 00uouiiiiiuiudiL? t? t00uouiiiiiuiudiL*sI? t? t( a ) ( b )*sI 第 8章 典型電力電子裝置介紹 由圖 830(a)的波形可知 ， 開關(guān) V截止時 ， 電感電流 iL剛好降到零；開關(guān)導(dǎo)通時 ， iL從零逐漸開始上升； iL的峰值剛好等于電流給定值 I*s。 由升壓直流轉(zhuǎn)換器的工作原理可知 ， 升壓電感 L1中的電流有連續(xù)和斷續(xù)兩種工作模式 ， 因此可以得到電流環(huán)中的 PWM信號即開關(guān) V的驅(qū)動信號有兩種產(chǎn)生方式：一種是電感電流臨界連續(xù)的控制方式 ， 另一種是電感電流連續(xù)的控制方式 。 V導(dǎo)通 ， 電感電流 iL增加 。 I*s的幅值與輸出電壓 uC同給定電壓 U*c的差值有關(guān) ， 也與 ud的幅值有關(guān) 。而整流器輸出電壓 ud顯然是正弦半波電壓波形 ， 它與調(diào)節(jié)器結(jié)果相乘后波形不變 ， 所以很明顯也是正弦半波的波形且與 ud同相 。 有源功率因數(shù)校正的控制 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 829 有源功率因數(shù)校正電路原理 E M I濾波器uiii＋－udC1P W M形成電路L1V乘法器iF*sIudVDC采樣濾波UouC－＋△∞*cU 第 8章 典型電力電子裝置介紹 整流器輸出電壓 ud、 升壓變換器輸出電容電壓 uC與給定電壓 U*c的差值都同時作為乘法器的輸入 ， 構(gòu)成電壓外環(huán) , 而乘法器的輸出就是電流環(huán)的給定電流 I*s。 從控制回路來看 ， 它由一個電壓外環(huán)和一個電流內(nèi)環(huán)構(gòu)成 。 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 828 (a) 雙級式； (b) 單級式 D C / D C轉(zhuǎn)換器控制電路uiC＋－RL( b )B o o s t轉(zhuǎn)換器控制電路uiC＋－( a )D C / D C轉(zhuǎn)換器控制電路C＋－RL 第 8章 典型電力電子裝置介紹 有源功率因數(shù)校正技術(shù)的思路是 ， 控制已整流后的電流 ， 使之在對濾波大電容充電之前能與整流后的電壓波形相同 ， 從而避免形成電流脈沖 ， 達(dá)到改善功率因數(shù)的目的 。 其優(yōu)點是每級電路可單獨分析 、 設(shè)計和控制 ， 特別適合作為分布式電源系統(tǒng)的前置級 。 雙級式電路是由 Boost轉(zhuǎn)換器和 DC/DC變換器級聯(lián)而成的 ， 中間直流母線電壓一般都穩(wěn)定在 400 V。 這個正弦半波脈動直流電壓和整流器的輸出電流與輸出的負(fù)載電壓都受到實時檢測與監(jiān)控 ， 控制結(jié)果是使全波整流器的輸入功率因數(shù)近似為 1。 APFC技術(shù)的基本思想是將輸入交流電進(jìn)行全波整流 ， 在整流電路與濾波電容之間加入 DC/DC變換電路 ， 通過適當(dāng)控制使輸入電流的波形自動跟隨輸入電壓的波形 ， 即使整流器的輸出電流跟隨它輸出的直流脈動電壓波形且要保持儲能電容電壓穩(wěn)定 ， 從而實現(xiàn)穩(wěn)壓輸出和單位功率因數(shù)輸入 ， 其原理如圖 827所示 。 由于輸入電流存在波形畸變因而會導(dǎo)致功率因數(shù)下降并產(chǎn)生高次諧波分量 ， 污染電網(wǎng) 。 有源功率因數(shù)校正器 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 824 有源濾波器 母線用電器 1用電器 2有源濾波器 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 825 APFC的基本原理框圖 C功率因數(shù)校正電路負(fù)載整流 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 826(a)是傳統(tǒng)的整流濾波電路 ， 整流二極管只有在輸入電壓 ui大于負(fù)載電壓 uo時才導(dǎo)通 。 另一種是在負(fù)載即電力電子裝置本身的整流器和濾波電容之間增加一個功率變換電路 ， 這就是有源功率因數(shù)校正 。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展 ， 人們又提出了兩種對策：一種是在電網(wǎng)的公用負(fù)載端并接一個專用的功率變換器 ， 對無功及諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償 ， 這就是有源濾波器 ， 如圖 824所示 。 無源技術(shù)是指在電路中接入 LC網(wǎng)絡(luò) ， 這種技術(shù)只能對某些特定的諧波進(jìn)行抑制和基波移相補(bǔ)償 。 很明顯 ， 非同步切換方式會造成負(fù)載短時間斷電 。 第 8章 典型電力電子裝置介紹 絕大部分在線式 UPS除了具有同步方式外 ， 還具有非同步切換方式 。 為了防止環(huán)流的產(chǎn)生 ， 逆變器輸出電壓必須與市電同頻 、 同相 、 同幅度 。 假設(shè)負(fù)載由逆變器供電 ， 由于某種故障 ， 例如蓄電池電壓太低 ， 需要由逆變器供電轉(zhuǎn)向旁路市電供電 ， 切換時首先觸發(fā)靜態(tài)開關(guān) 2， 使之導(dǎo)通 ， 然后再封鎖靜態(tài)開關(guān) 1的觸發(fā)脈沖 。 第 8章 典型電力電子裝置介紹 1BR2VRR32R1C34( a ) ( b )1BV2R1V1R2R3VD1VD234VD3VD4R4RC圖 822 兩種靜態(tài)開關(guān) (a) 非零電壓開關(guān) (a) 零電壓開關(guān) 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 823 單相輸出 UPS靜態(tài)開關(guān)原理圖 靜態(tài)開關(guān) 1靜態(tài)開關(guān) 2負(fù)載逆變器輸出市電 ( 旁路電源 ) 第 8章 典型電力電子裝置介紹 靜態(tài)開關(guān)的切換有兩種方式：同步切換和非同步切換 。 為了進(jìn)一步提高 UPS電源的可靠性 ， 在線式 UPS均裝有靜態(tài)開關(guān) ， 將市電作為 UPS的后備電源 ， 在 UPS發(fā)生故障或維護(hù)檢修時 ， 無間斷地將負(fù)載切換到市電上 ， 由市電直接供電 。 UPS中的靜態(tài)開關(guān) 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 822(b)所示為光電晶閘管耦合的零電壓開關(guān) ， 2端加輸入信號 ， V1管截止 ， 即光控晶閘管門極不短接時 ， 耦合器 B中的光控晶閘管導(dǎo)通 ， 電流經(jīng)整流橋和導(dǎo)通的光控晶閘管一起為雙向晶閘管 V提供門極電流 ， 使 V導(dǎo)通 。 圖 822(a)所示為光電雙向晶閘管耦合器的非零電壓開關(guān) ， 輸入端 2加輸入信號時 ， 光電雙向晶閘管耦合器 B導(dǎo)通 ， 門極由 R B形成通路觸發(fā)雙向晶閘管 。 當(dāng)振蕩器的瞬時頻率 ω v與輸入信號的頻率 ω i不相同時 ， 由于電壓的相位值是頻率變化值的積分 ， 因而頻率的變化會引起電壓相位差的變化 ， 而有相位差的變化就有誤差電壓產(chǎn)生 ， 該誤差電壓經(jīng)低通濾波器去控制壓控振蕩器的輸出頻率 ， 使其朝著輸入頻率的方向變化 ， 使二者同步 。 為了提高系統(tǒng)的動態(tài)特性即改善動態(tài)跟蹤性 ， 在低通濾波器之后加一個由比例積分放大器組成的調(diào)節(jié)器可改善捕捉過程中的調(diào)節(jié)性能 。 鑒相器也叫相位比較器 ， 它將周期性變化的輸入信號的相位 （ 從市電或本機(jī)振蕩獲得 ） 與反饋信號的相位 （ 從壓控振蕩器的輸出獲得 ） 進(jìn)行比較 ， 產(chǎn)生對應(yīng)于與兩信號相位差成正比的直流誤差電壓信號 u(t)，該信號可以調(diào)整壓控振蕩器的頻率 ， 以達(dá)到與輸入信號同步的目的 。 鎖相就是利用兩個信號的相位差 ， 通過轉(zhuǎn)換裝置形成控制信號 ， 以強(qiáng)迫兩個信號相位同步的一種自動控制系統(tǒng) ，稱為鎖相環(huán)或環(huán)路 。 圖 820中所示的電壓給定信號 U*d、 電壓反饋信號 uF、 PI調(diào)節(jié)器即可完成這項功能 。 逆變器的主電路目前已比較完善 ， 但是逆變器的控制電路卻千變?nèi)f化 ， 差別很大 。 另外 ， 為了節(jié)約成本 ， 絕大多數(shù) UPS利用隔離變壓器的漏感來充當(dāng)輸出濾波電感 ， 從而可省去圖 818中的電感 L。 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 819 UPS單相逆變電路輸出波形 0 ? tuo 第 8章 典型電力電子裝置介紹 為了濾去開關(guān)頻率噪聲 ， 輸出采用 LC濾波電路 ， 因為開關(guān)頻率較高 ， 一般大于 20 kHz， 因此采用較小的 LC 濾波器便能濾去開關(guān)頻率噪聲 。 這種波的基波分量按正弦規(guī)律變化 ， 而諧波成分最小 。 UPS中的逆變器 第 8章 典型電力電子裝置介紹 圖 818 UPS單相逆變電路 V3VD3V1VD1V4VD4V2VD2CU